国防科技大学研究生院1999年硕士生入学考试
个人资料整理,仅供个人学习使用国防科技大学研究生院1999年硕士生入学考试计算机原理与系统结构试题命题标准答案、评分标准一.解释下列名词、术语的含义（每个2分，共20分）微指令周期：执行一条微指令所用的时间，包括微指令传送时间U，执行微指令操作时 间t2,形成下条微指令地址时间C3和读取微指令时间t42 .形式地址：指令地址部分给出的地址，也称逻辑地址，通常用它不能直接访存，需要经 过寻址计算得到有效地址3 .机器负数：对1个补码数，国同它的符号位变反后末位加1（即求补）所得的数，称为 该补码的机器负数4 .字节多路通道：连接多台慢速外设，控制以字节交叉方式交换信息的通道脉冲拥挤效应：在磁表面记录信息中，随着记录信息密度的提高，会出现读出信息位间 的相互干扰，造成信号幅度下降、峰值偏移、基线漂移等现象，称之为脉冲拥挤效应指令系统的规整性：指令系统中的三个元素：操作码、操作数和寻址方式是两两正交的。7 . TLB：即，转换查找缓冲器，用其可以将地址转换结果保存，这样就可以减少主存读写操 作中的地址转换工作8 .定向：数据相关问题可以采用一种称为定向（也称为旁路或捷径）的简单技术来解决。 定向技术的基本观点是：在某条指令产生一个计算结果之前，其它指令并不真正需要该计算 结果。如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以 避免暂停9 .相关：相近指令因存在某种关联而不能同时被解释10 . Cache块冲突：一个主存块要进入已被占用的Cache块的位置二.填空（每空1分，共20分）（第15小题必做，在第612小题中，或做第69小题，或做第812小题）1 .（计算机所用电子器件）2 .（指令的完备性）、（指令的有效性）、（指令的规整性）3 .（。舍1入法）、（恒置1法）4 . （AB-C/DE+F/-）5 .（只读光盘）、（一次可写光盘）、（随时读/写光盘）6 .（指令系统）、（计算机组成）、（计算机实现）7 .（将寻址方式表示在操作码中）、（对每个操作数利用地址描述符表示其寻址方式）8 .（水平或横向）、（垂址或纵向）、（混合）9 . （RAW 写后读）、（WAW 写后写）10 .（单功能流水线）、（多功能流水线）11 .（i/Max dti, Atz,，tn ）12 . （b2blb0）,（blb0b2）o三、简答题（每个3分洪12分）（第1 一2小题必做，第36题中，或做34小题，或做56小题。）中断是使计数能够自动工作的重要功能，主要有：1）能够处理急迫事件：2）便于人一 机通讯；3）提高CPU与I/O设备的并行工作：4）实现多道程序并行；5）实现实时控制2 . DMA的全过程分为三步：1）初始化：将数据块长度、主存地址、磁盘地址、命令信息送到DMA接口有关寄存器。进行数据交换：从盘上每读出一个字节或一个字，便向主机发一个DMA请求，然后挪 用主机的一个访存周期将数据写入主存。主存地址加1,数据块长度加lo如此直到数据 块传送完毕。3）结束处理：当长度为。时，向主机发出结束中断，请求主机处理。3 .在流水线中解决控制相关的技术有：A、 冻结或排空流水线：B、 预测分支成功；C、 预测分支失败；D、 延迟失败。在DLX改进流水线中，采用冻结或排空流水线的策略来处理控制相关，对流水线所带来 的性能损失最大。而预测分支成功对DLX流水线性能改进没有任何好处。预测分支失败 在某些情况下，可以消除由于控制相关而带来的流水线暂停，从而提高流水线的性能。延 迟分支则依据采用的不同策略，对流水线性能的改善也不尽相同。“从前调度策略''总是可 以提高流水线的性能；而“从目标处调度”和“从失败处调度”策略在某些情况下可以改善流 水线的性能。4 . CISC结构存在如下缺点：在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。据统计，有20%的指令使 用频率最大，占运行时间80%。也就是说，有80%的指令在20%的时间才会用到。CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间 和成本，而且容易造成设计错误。C、CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。D、CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机 体系结构技术（如流水线技术）来提高系统的性能。进行RISC计算机指令集结构的功能设计时，必须遵循如下原则：A.使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令；B.每条指令的功能应可能简单，并在一个机器周期内完成：C.所有指令长度均相同：D.只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行：E.以简单有效的方式支持高级语言。5 .有直接相联、全相联、组相联和段相联四种方式。6 .软级控制、单元控制和部分级控制。四.计算题（每个5分，共20分）（第1、2、3小题必做，在第4、5小题中，选做一题。）已知被乘数A= -0.11111,乘数B= -0.11011。试用补码比较乘法（Booth法）求队*8补=?（要写出计算竖式，否则不给分）。A补=1.00001Bl 讣=1.00101-A 4 =0.111111 / 1个人资料整理,仅供个人学习使用部分积0 0. 0 0 0 0 0 -)0 0. 1 1 1 1 1 1 0 0.1 1 1 1 -0 0. 0 1 1 1 1 +) 1 1.0 0 0 0 0 "7"T"I7ro"o"o"o" 1. 1 1000 -)0 0. 1 1 1 1 1 "yorroTrT' 工。o.o i o 1 1 +) 1 1.0 0 0 0 1 T LoI i o o Fl 1.10 110-)0 0. 1 1 1 1 1 o"om"oT"o"乘数1.0 0 1110 00 110附力位0 101 010 101 0 111 0 01i Oih o0 10 111A *B补=0.11010, 001012 . (1)有效容量 C=lKBxl8x8Ox2=288OKB(2)因为 Q=ft ,所以 f=Ct/t 而 Ct=18KB t = 60/720= 1/12 Sf= 18KB/(1/12)= 18KBxl2 = 216KB/SMBSMM ""(3) 1：a='ts+'tw = 100ms + (250/3+0)/2 ms= 141.7ms2-13 . (1)n个任务在该流水线上实现所需要的时间为 仃£包(力加速比为：S = F乂£小十3一1沟/ 2-14 .主存调一个块到Cache的时间为： 40ns+(32/4)*5ns = 80 ns;则平均访存时间为：5 ns + (1 - 95%)*80ns = 9ns每个页面可容纳1KB/4B= 256个页表项；用8位寻址，页内偏移量为10位，所以，页 表级为：32-10/8 = 3级五、综合题(仅供统考生做)(每小题7分，共28分)(第1一2小题必做；第35小题中，或做第34小题，或做第4一5小题)某微程序控制器，采用水平型微指令，断定型微地址结构，执行微指令是多相时钟并行 控制方式。共有13个测试源和测试条件，为加快微指令转移，用预取多字法实现二分 支转移控制，控存CM分为两个体，每体为128字。试画出其控制微指令转移的逻辑结 构框图和微指令地址字段的结构。2. (1) F256KB/8KB132 位/4 位"I =32x8 = 256 (片)(2) %8K=23'地址端引脚为端(3) T256K=2" 地址码位数为18位(4) T存储器匠负载有256个; 256/8 = 3232/8 = 4因而需两级门驱动32+4=36个门3. (1) T = T1+T2* (1-HD +T3* (1-H1) * (1-H2)：(2) T = 5+50* (1-95%) +200* (1-95%) * (1-80%) =5+2.5+2=9.5ns4.运算展开为A1B1+A2BA+A3B3 + A4B4,先计算4个乘法，再计算力口法A1B1+A2B24和A3B3+A4B4,最后求工/厂房0i-l5.时空图为：(2)实际吞吐率为TP=7/14 CP = 0.5 (结果/CP);效率为 e = (4 * 4 + 3 * 3 ) / (14 * 5 ) = 25 / 70 = 35.7 %力口速比为 S = 25/14= 1.785.在基准程序中，浮点乘法出现的频率是14%。而DLX流水线处理乘法的频率最高能够 达到20% ,即每5个时钟周期进行一次浮点乘操作。当浮点乘法不是成群地聚集在一起, 而是服从均匀分布时，这表明浮点乘法指令完全流水化所能够获得的性能好处可能很低。最 好的情况是，浮点乘法操作和其它操作重登，没有一点性能损失：最坏的情况是，所有的浮 点乘法指令聚集在一起，并且14%的指令需要5个时钟周期。因而，如果流水线基本的CPI 是1,那么在这种情况下由于流水线暂停所带来的CPI增量是0.7六.综合题（仅单独考生做，每小题7分，共28分）1 .是指确定操作数地址的技术。寻址技术是硬件对软件编程的一种重要支持。设置各种不 同的寻址方式是为了实现：1）方便程序设计：2）可扩大寻址范闱：3）支持程序重定位；4）完成逻辑地址 与物理地址的变换。基本寻址方式有：立即数寻址，直接寻址，寄存器寻址，基址寻址，变址寻址，间接寻 址，相对寻址等。2 .极限流量：=17 = '7=2不10"字节/秒）Z+Z （3 + l）xl0实际流量:/出此=5”/弦噫嗡4 4”/2"检侦u1Ale 1=5 x-r + 4x-+200x10"100X1Q-45400x10-6= 2.5xl04 +4X104 +0,5xl0+ =7xl04 (字节/秒)3 .如图:4. (l)f = ag(b c ) def mn ,树形流程如卜.:（2）处理台数为3：因顺序计算需7步，并行计算需4步，故力口速比为7/41/1
